Cuatro casos especiales de la primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica encuentra aplicación en varios casos especiales:
Proceso adiabático:
Un proceso adiabático es aquel en el que no hay transferencia de calor dentro o fuera del sistema. Ocurre muy rápidamente o un sistema está bien aislado de que no hay transferencia de energía a medida que se produce calor entre el sistema y su entorno. Por lo tanto, dQ = 0 en la primera ley de la termodinámica, que es entonces:
dQ = 0, dE int = – dW
Proceso isocorico:
Un proceso isocrórico es aquel en el que no hay cambio en el volumen . Un proceso isocrórico es un proceso de volumen constante. Cuando el volumen de un sistema termodinámico es constante, no funciona en su entorno. Por lo tanto, dW = 0 en la primera ley de la termodinámica, que es entonces:
dW = 0, dE int = dQ
En un proceso isocrórico , toda la energía añadida como calor (es decir, Q es positiva) permanece en el sistema como un aumento de la energía interna ( aumento de la temperatura ).
Proceso Cíclico:
Un proceso que finalmente devuelve un sistema a su estado inicial se denomina proceso cíclico . Al final de un ciclo, todas las propiedades tienen el mismo valor que tenían al principio.
Para tal proceso, el estado final es el mismo que el estado inicial, por lo que el cambio total de energía interna debe ser cero . El vapor (agua) que circula a través de un circuito cerrado de enfriamiento experimenta un ciclo. La primera ley de la termodinámica es entonces:
dE int = 0, dQ = dW
Por lo tanto, el trabajo neto realizado durante el proceso debe ser exactamente igual a la cantidad neta de energía transferida como calor.
Expansión gratis:
Este es un proceso adiabático en el que no se produce transferencia de calor entre el sistema y su entorno y no se realiza ningún trabajo en el sistema. Estos tipos de procesos adiabáticos se denominan expansión libre . Es un proceso irreversible en el que un gas se expande en una cámara de evacuación aislada. También se llama expansión Joule . Para un gas ideal, la temperatura no cambia (ver: Segunda Ley de Joule ), sin embargo, los gases reales experimentan un cambio de temperatura durante la expansión libre. En expansión libre, Q = W = 0, y la primera ley requiere que:
dE int = 0
No se puede trazar una expansión libre en un diagrama PV, porque el proceso es rápido, no cuasiestático. Los estados intermedios no son estados de equilibrio y, por lo tanto, la presión no está claramente definida.
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